Auto-Organização entre Robôs Móveis Cooperativos Aluno: Hélcio B. de Mello Professor: Markus Endler

Roteiro Motivação Comportamento básico Auto-organização Cooperação Conclusão

Motivação Uso de robôs cada vez mais freqüente Eficiência Precisão Segurança Economia

Motivação Evolução científica Aplicações Eletrônica Mecânica Ciência da Computação Aplicações Resgate Exploração / Reconhecimento Militar

Motivação Robô único x robôs múltiplos Tolerância a falhas Custo da produção em massa Limitações físicas Viabilidade tecnológica

Motivação Controle centralizado x distribuído Tolerância a falhas Escalabilidade Simplicidade Paralelismo Grupos homogêneos x heterogêneos Custo da especialização

Exemplo - Acidente de Trem Espalhamento de material tóxico Perigo à saúde dos seres humanos Missão: avaliar dimensões do acidente Dispersão dos robôs por helicóptero Danos devido à queda Defeito de fabricação Obstáculos intransponíveis

Exemplo - Acidente de Trem Robôs assumem formação Círculo / Retângulo Linha Ajustar formação em caso de falhas Movimento cooperativo para varrer área

Exemplos da Natureza Sociedades de animais Cardumes Bandos Defesa - dispersão e recomposição Caça - localização de comida Ataque - formação em parábola (atum) Formação por manutenção de posição e velocidade em relação ao vizinho Bandos Diminuição da resistência do ar.

Exemplos da Natureza Cupins / formigas Construção de ninhos / formigueiros Caminho mais curto Presas mais recompensadoras Exploração de terreno Inexistência de comunicação direta

Comportamento Básico Arquitetura de subsumption Comportamentos de alta prioridade suprimem os de baixa prioridade. Exemplo: Squirt Esconder-se nas sombras Seguir ruídos

Subsumption - exemplo

Comportamento Básico Posicionamento Absoluto x relativo GPS Sistema relativo de coordenadas Deslocamento em formações Distribuição da cobertura dos sensores Robôs preparados para ação imediata

Uso de Limiares Vantagens Exemplos Evita oscilação em torno do alvo Reduz impacto de erros de sensores Permite comportamentos suprimidos emergirem (subsumption). Exemplos Posicionamento Forças Virtuais

Limiar de Posicionamento Divide a região em zonas Balística: robô se movimenta com velocidade máxima Controlada: velocidade reduz linearmente com a aproximação ao alvo Morta: robô fica parado

Limiar de Posicionamento

Limiar de Forças Virtuais Simulação de forças entre robôs Repulsão se estiverem muito próximos Atração se estiverem muito longes Força resultante ignorada se abaixo da força crítica.

Formações Facilitam atingir objetivos Exemplos Transporte coletivo Carregar Empurrar Cercar Exemplos Circunferência / Círculo / Esfera Parabolóide de revolução

Formações Circulares Circunferência Sinalizador marca centro Robôs conhecem raio e tolerância Podem detectar distâncias Algoritmo Se d > r + e, aproxime-se do centro Se d < r - e, afaste-se do centro Senão, afaste-se do seu vizinho mais próximo

Formações Circulares Círculo Esfera Mesmos pressupostos Algoritmo Se d > r, aproxime-se do centro Se d < r, afaste-se do robô mais próximo Esfera Idem círculo, mas em 3D.

Formações Circulares

Parabolóide de Revolução

Parabolóide de Revolução Sinalizadores marcam Foco Vértice Robôs detectam as distâncias df e dv. É suficiente conhecer parâmetro 2a.

Parabolóide de Revolução

Parabolóide de Revolução Sempre Se estiver sobre o parabolóide

Parabolóide de Revolução Algoritmo (simplificado) Calcule z_atual e z_parab Mova o robô Se z_atual > z_parab, desça Se z_atual < z_parab, suba Senão, afaste-se do robô mais próximo Parabolóide se recompõe se os pontos foco e vértice se moverem

Parabolóide de Revolução

Cooperação Exemplo: empurrar um objeto Localizar o objeto (sinalizador) Alvo dentro do alcance Seguir outros robôs Rede ad hoc Falhas, interferência, etc. Continuar em linha reta Aguardar seguidor Busca aleatória

Cooperação Empurrar o objeto Objeto pode ser pesado Usar muitos robôs atrapalha Organização durante transporte Equilíbrio (em caso de carga) Detecção de estagnação Sensores de velocidade e força Alteração de ângulo e ponto de aplicação Técnica adotada pelas formigas

Anti-estagnação

Conclusão Tendência de miniaturização Controle distribuído torna sistema robusto Muitas situações tornam o uso de coordenadas absolutas desnecessárias Simulação é um `mal necessário´